JP5447250B2

JP5447250B2 - 測距装置及び撮像装置

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Publication number: JP5447250B2
Application number: JP2010164882A
Authority: JP
Inventors: 茂大内田
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2010-07-22
Filing date: 2010-07-22
Publication date: 2014-03-19
Anticipated expiration: 2030-07-22
Also published as: JP2012026838A

Description

本発明は、被測定対象物までの距離を測距する測距装置、及び該測距装置を備えたデジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ等の撮像装置に関する。

オートフォーカス（ＡＦ）機能を有するデジタルスチルカメラ（以下、「デジタルカメラ」という）等では、外測式の三角測距方式を適用した測距装置を備えているものが従来より知られている（例えば、特許文献１参照）。

三角測距方式を適用した測距装置は、所定の間隔を設けて配置した一対の測距用レンズと、各測距用レンズを通して得られる被写体像が結像する一対の平面状の測距用撮像素子を有しており、各測距用撮像素子からそれぞれ出力される画素出力信号に基づいて各測距用撮像素子でそれぞれ撮像された画像間の視差を検出することで、被写体（被測定対象物）までの距離を求めることができる。

また、三角測距方式を適用した測距装置において、例えば、特許文献２のように、複数の測距用レンズ（光学レンズアレイ）と平面状の測距用撮像素子（撮像ユニット）の間に、各測距用レンズに対応して遮光壁で囲まれた複数の開口部を有する遮光ブロックを設けて、各測距用レンズをそれぞれ通過した光が各測距用レンズに対応する各撮像領域に良好に入射するようにし、測距誤差の要因となる不要な光が各撮像領域に入射しないようにした構成も従来より知られている。

ところで、前記特許文献２のように、測距用レンズ（光学レンズアレイ）と撮像領域（撮像ユニット）の間に遮光壁で囲まれた開口部を有する遮光ブロックを設けていても、太陽などの非常に明るい光源からの光が測距用レンズに対して大きな入射角で入射した場合、測距用レンズを通過した光源からの光が遮光ブロックの遮光壁で反射して、この反射光がフレア光として撮像領域に入射することがある。

前記フレア光が撮像領域に入射すると、このフレア光に応じて出力される信号が、測距用レンズを通して被写体像が撮像領域に結像したときに出力される正規の画素出力信号に混入することによって、視差の演算処理に悪影響を及ぼし、測距精度が低下する不具合が生じる。

このため、例えば、特許文献３のように、遮光ブロックの遮光壁に複数の傾斜面を形成して、遮光壁に入射した光を複数の傾斜面で反射させて撮像領域側にフレア光が入射しないようにした構成が従来より知られている。

しかしながら、前記特許文献３の構成では、測距用レンズと撮像領域の間に遮光壁で囲まれた開口部を有する遮光ブロックを設ける必要があるので、装置全体が大型化し、更に、遮光壁に複数の傾斜面を形成するための加工を行う必要があるので、コストが高くなる。

そこで、本発明は、装置全体の大型化やコスト高を招くことなく、フレア光の撮像領域への入射による測距精度の低下を防止して、高精度な測距を行うことができる測距装置及び撮像装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、所定の間隔を設けて配置された複数の測距用撮像素子と、前記複数の測距用撮像素子のうちの一対の測距用撮像素子上に測距対象物像を結像させる測距用レンズと、前記測距対象物像が結像された前記各測距用撮像素子からの出力に基づいて測距対象物までの距離を算出する距離算出手段とを備え、前記複数の測距用撮像素子は、受光素子が平面状に配置された２次元撮像素子が、同一の半導体ウェハ上に少なくとも３つ並んだものであり、前記複数の測距用撮像素子の両端に位置する、前記一対の測距用撮像素子上に、該一対の測距用撮像素子と対向配置された前記測距用レンズを通して測距対象物像を結像させる測距装置であって、前記一対の測距用撮像素子に挟まれて位置する、測距対象物像が結像しない非結像撮像素子上に、前記測距対象物像と関連のない不必要な光が前記測距用レンズを通して入射したときの光量を検出する光量検出手段を有し、前記非結像撮像素子上に前記不必要な光が入射した場合に、前記光量検出手段は前記非結像撮像素子の各受光素子に入射した光の光量を検出し、前記距離算出手段は、前記一対の測距用撮像素子からの出力に基づいて測距対象物までの距離を算出する前に、前記一対の測距用撮像素子のいずれか一方の各受光素子の画素出力から、該測距用撮像素子の各受光素子と対応する、前記非結像撮像素子の各受光素子の画素出力を差し引いて、前記各測距用撮像素子からの出力を補正することを特徴としている。

請求項２に記載の発明は、所定の間隔を設けて配置された複数の測距用撮像素子と、前記複数の測距用撮像素子のうちの一対の測距用撮像素子上に測距対象物像を結像させる測距用レンズと、前記測距対象物像が結像された前記各測距用撮像素子からの出力に基づいて測距対象物までの距離を算出する距離算出手段とを備え、前記複数の測距用撮像素子は、受光素子が平面状に配置された２次元撮像素子が、同一の半導体ウェハ上に少なくとも３つ並んだものであり、前記複数の測距用撮像素子の両端に位置する、前記一対の測距用撮像素子上に、該一対の測距用撮像素子と対向配置された前記測距用レンズを通して測距対象物像を結像させる測距装置であって、前記一対の測距用撮像素子に挟まれて位置する、測距対象物像が結像しない非結像撮像素子上に、前記測距対象物像と関連のない不必要な光が前記測距用レンズを通して入射したときの光量を検出する光量検出手段を有し、前記非結像撮像素子の第１の領域は前記一対の測距用撮像素子の一方に、前記非結像撮像素子の第２の領域は前記一対の測距用撮像素子の他方にそれぞれ対応し、前記非結像撮像素子の前記第１、第２の領域に少なくとも第１、第２の不必要な光がそれぞれ入射した場合に、前記光量検出手段は前記非結像撮像素子の各受光素子に入射した光量を検出し、前記距離算出手段は、前記一対の測距用撮像素子からの出力に基づいて測距対象物までの距離を算出する前に、前記各測距用撮像素子の各受光素子の画素出力から、前記非結像撮像素子のうち前記第１の領域又は前記第２の領域の各受光素子の画素出力を差し引いて、前記各測距用撮像素子からの出力を補正することを特徴としている。

請求項３に記載の発明は、撮影レンズを通して被写体像が結像される撮影用撮像素子と、該撮影用撮像素子から出力される信号に基づいて画像データを生成する撮像装置において、前記撮像装置は、被写体までの距離を測定するための外側式の測距装置を搭載しており、前記測距装置が、請求項１又は２に記載の測距装置であることを特徴としている。

本発明に係る測距装置及び撮像装置によれば、非常に明るい光源からの光が測距用レンズに対して大きな入射角で入射した場合には、測距用レンズを通過したこの光が測距装置の内壁面で反射して、この反射光が不必要な光（フレア光）として測距用撮像素子上に入射することにより、測距用撮像素子からは、結像した測距対象物像に応じた画素出力に不必要な光（フレア光）の光量に応じた出力が付加されて出力される。

このような場合でも、距離算出手段は、一対の測距用撮像素子からの出力に基づいて測距対象物までの距離を算出する前に、一対の測距用撮像素子のいずれか一方の各受光素子の画素出力から、該測距用撮像素子の各受光素子と対応する、非結像撮像素子の各受光素子の画素出力を差し引いて、各測距用撮像素子からの出力を補正することができる。よって、従来のように、測距装置内に傾斜面を形成した遮光壁を有する遮光ブロックを設けることなく不必要な光（フレア光）の影響を取り除くことができるので、装置全体の小型化と低コスト化を図ることができる。

本発明の実施形態１、２、３に係る測距装置を備えた撮像装置の一例としてのデジタルカメラを示す正面図。実施形態１、２におけるデジタルカメラのシステム構成の概要を示すブロック図。（ａ）は、実施形態１、２における測距装置を示す概略断面図、（ｂ）は、この測距装置の測距用撮像素子を示す平面図。測距装置による測距原理を説明するための概略図。両側の測距用撮像素子の各撮像領域上に被写体光が入射している状況を示す図。（ａ）、（ｂ）は、実施形態１において右側の測距用撮像素子と中央の非結像撮像素子の各撮像領域上にフレア光が入射している状況を示す図。実施形態１において、左側の測距用撮像素子の撮像領域上に結像された被写体像と、右側の測距用撮像素子の撮像領域上に結像された被写体像の一部にフレア光が重畳された状態を示す図。（ａ）、（ｂ）は、左側の測距用撮像素子と中央の非結像撮像素子の各撮像領域上にフレア光が入射している状況を示す図。半導体ウェハ上に形成された複数の撮像素子を示す平面図。（ａ）、（ｂ）は、実施形態２における両側の測距用撮像素子と中央の非結像撮像素子の各撮像領域上にフレア光が入射している状況を示す図実施形態２において、両側の測距用撮像素子の各撮像領域上に結像された被写体像の一部にフレア光が重畳された状態を示す図。実施形態３におけるデジタルカメラのシステム構成の概要を示すブロック図。

以下、本発明を図示の実施形態に基づいて説明する。

〈実施形態１〉
図１は、本発明の実施形態１に係る測距装置を備えた撮像装置の一例としてのデジタルカメラを示す正面図、図２は、図１に示したデジタルカメラのシステム構成の概要を示すブロック図、図３（ａ）は、測距装置を示す概略縦断面図、図３（ｂ）は、測距装置の測距用撮像素子を示す平面図である。

（デジタルカメラ１の外観構成）
図１に示すように、本実施形態に係るデジタルカメラ１の正面（前面）側には、光学ズーム機能を有する撮影レンズ２、測距装置３の前面側のレンズアレイ４等が配置されている。レンズアレイ４の表面には、所定の間隔で左右方向に設けた一対（２つ）の測距用レンズ５ａ，５ｂが一体に形成されている（測距装置３の詳細については後述する）。撮像レンズ２と各測距用レンズ５ａ，５ｂの各光軸は平行である。

（デジタルカメラ１のシステム構成）
図２に示すように、このデジタルカメラ１は、複数のレンズ群を有する撮影レンズ２、シャッタ機能を有する絞りユニット１０、撮影レンズ２を通して入射される被写体像が受光面上に結像する固体撮像素子としてのＣＣＤイメージセンサ１１、ＣＣＤイメージセンサ１１から出力される画素出力信号（電気信号）をデジタル処理して取り込み、表示や記録が可能な画像データに変換処理する信号処理部１２、操作部（レリーズボタン６、撮影モード切換ボタン７（図１参照）等）１３からの操作入力情報に基づき、ＲＯＭ（不図示）に記憶された制御プログラムに基づいてデジタルカメラ１全体のシステム制御等を行う制御部１４、信号処理部１２で生成された画像データを表示する液晶モニタ（ＬＣＤ）１５、撮影レンズ２のフォーカスレンズ群を駆動するフォーカスレンズ駆動部１６、撮影レンズ２のズームレンズ群を駆動するズームレンズ駆動部１７、絞りユニット１０を駆動する絞りユニット駆動部１８、及び被写体までの距離を測距する外測式の前記測距装置３等を備えている。信号処理部１２で生成された画像データは、着脱自在なメモリカード１９に記録される。

（測距装置３の構成）
図３（ａ），（ｂ）に示すように、本実施形態の測距装置３は、前面側（図３（ａ）の上側）が開口した筐体２０と、この筐体２０の前面側に一対の測距用レンズ５ａ，５ｂが一列（デジタルカメラ１の左右方向）に一体に形成された透明樹脂材からなるレンズアレイ４と、レンズアレイ４と対向する筐体２０内の背面側（図３（ａ）の下側）に配置された薄板状の撮像素子基板２１と、撮像素子基板２１上に等間隔で形成された平面状（２次元状）の３つの測距用撮像素子２２ａ，２２ｂ，２２ｃ（以下、両側の撮像素子を測距用撮像素子２２ａ，２２ｃとし、中央の撮像素子を非結像撮像素子２２ｂとする）と、撮像素子基板２１の背面に配置された回路基板２３を備えている。

両側の測距用撮像素子２２ａ，２２ｂは、各測距用レンズ５ａ，５ｂとそれぞれ対向するようにして配置されている。両側の測距用撮像素子２２ａ，２２ｂと中央の非結像撮像素子２２ｂに形成された各撮像領域（受光面）２２ａ１，２２ｃ１と２２ｂ１は同じサイズである。なお、レンズアレイ４の前面側の測距用レンズ５ａ，５ｂ以外の部分は遮光部材（不図示）で覆われており、レンズアレイ４の前面側の測距用レンズ５ａ，５ｂ以外の部分から光を透過しないように遮蔽している。よって、中央の非結像撮像素子２２ｂの撮像領域２２ｂ１には、被写体像が結像することはない。

撮像素子基板２１上に一体に設けられた各撮像素子（測距用撮像素子２２ａ，２２ｃと非結像撮像素子２２ｂ）は、後述する半導体ウェハ上に周知の半導体プロセスによって一体に形成されたＣＣＤやＣＭＯＳセンサ等の撮像素子であり、各撮像領域（受光面）２２ａ１，２２ｂ１，２２ｃ１には、多数の受光素子（画素）が格子状に配列されている。

なお、本実施形態では、図３（ｂ）に示すように、例えば、隣接する各撮像領域２２ａ１，２２ｂ１間の基線長Ｄ１は約３ｍｍ、両側の測距用撮像素子２２ａ，２２ｃの各撮像領域２２ａ１，２２ｃ１間の基線長Ｄは約６ｍｍである。

各測距用レンズ５ａ，５ｂの各光軸は平行であり、両側の測距用撮像素子２２ａ，２２ｃの各撮像領域２２ａ１，２２ｃ１の対角中心と各測距用レンズ５ａ，５ｂの光軸が略一致するように位置決めされている。各測距用レンズ５ａ，５ｂの画角は同じである。

各測距用レンズ５ａ，５ｂは、各測距用レンズ５ａ，５ｂに入射する被写体光が各撮像領域２２ａ１，２２ｃ１に結像するような焦点距離を有している。

回路基板２３には、フレア光量検出部２４と測距用演算部２４等が設けられている。フレア光量検出部２４は、中央の非結像撮像素子２２ｂの撮像領域２２ｂ１にフレア光が入射したときのフレア光量を検出する。中央の非結像撮像素子２２ｂの撮像領域２２ｂ１にフレア光が入射する状況としては、太陽などの非常に明るい光源からの光が各測距用レンズ５ａ，５ｂに対して大きな入射角で入射した場合、例えば、測距用レンズ５ａを通過した光源からの光がフレア光として撮像領域に入射するときである。なお、この状況においては、他方の測距用レンズ５ｂを通過した光源からの光が筐体２０の内壁面で反射して、この反射光がフレア光として測距用撮像素子２２ｃの撮像領域２２ｃ１に入射する（詳細は後述する）。

フレア光は不必要な光であるので、フレア光が両側の各撮像領域２２ａ１，２２ｃ１の少なくとも一方に入射すると、各撮像領域２２ａ１，２２ｃ１にそれぞれ結像された被写体像間のずれ（視差）を算出する際に誤差が生じ、測距精度が低下する要因となる。

測距用演算部２５は、両側の測距用撮像素子２２ａ，２２ｃの各撮像領域２２ａ１，２２ｃ１の少なくとも一方に上記したフレア光が入射していない通常時には、両側の測距用撮像素子２２ａ，２２ｃの各撮像領域２２ａ１，２２ｃ１から出力される画素出力信号を取り込み、各撮像領域２２ａ１，２２ｃ１にそれぞれ結像された被写体像間のずれ（視差）を算出して、被写体までの距離を算出する。

また、測距用演算部２５は、両側の測距用撮像素子２２ａ，２２ｃの各撮像領域２２ａ１，２２ｃ１の少なくとも一方に上記したフレア光が入射しているフレア発生時には、フレア光量検出部２４で検出した撮像領域２２ｂ１に入射したフレア光の光量に応じた出力（以下、「フレア光量出力」という）を用いてフレア光の影響を除去し、各撮像領域２２ａ１，２２ｃ１にそれぞれ結像された被写体像間のずれ（視差）を算出する（詳細は後述する）。

なお、測距用撮像素子２２ｃの撮像領域２２ｃ１に入射するフレア光は、筐体２０の内壁面で反射して入射しているので、非結像撮像素子２２ｂの撮像領域２２ｂ１に直接入射するフレア光よりも光量が少なくなる。このため、フレア光量検出部２４は、撮像領域２２ｂ１から入力するフレア光量出力に予め設定している補正係数を掛けて、撮像領域２２ｃ１に入射するフレア光の光量に対応する出力と略同じになるようにしている。

測距用演算部２５で算出された距離情報は制御部１４に出力される。制御部１４は、入力された距離情報に基づいて被写体に合焦するようにフォーカスレンズ駆動部１６に駆動制御信号を出力する。

ここで、測距装置３による測距原理について簡単に説明する。

図４に示すように、測距用レンズ５ａを通して得られた被写体像ａ１と測距用レンズ５ｂを通して得られた被写体像ａ２は、被写体ａ上の同一点が視差△だけずれて両側の測距用撮像素子２２ａ，２２ｃの各撮像領域２２ａ１，２２ｃ１表面にそれぞれ結像する。そして、被写体像ａ２が結像された各画素（受光素子）は、受光量に応じた画素出力信号（電気信号）を出力する。なお、図４では、中央の非結像撮像素子２２ｂは省略している。

そして、前記視差を△、測距用レンズ５ａ，５ｂの光軸間の距離（基線長）をＤ、測距用レンズ５ａ，５ｂと被写体ａ間の距離をＬ、測距用レンズ５ａ，５ｂの焦点距離をｆとし、Ｌ≫ｆであるときは、下記の式（１）が成り立つ。

Ｌ＝Ｄ・ｆ／△ …式（１）

よって、Ｄとｆは既知であるので、各撮像領域２２ａ１，２２ｃ１の被写体像ａ２が結像された各画素（受光素子）からそれぞれ出力される画素出力信号に基づいて前記視差△を測距用演算回路２５で算出することで、測距用レンズ５ａ，５ｂと被写体ａ間の距離Ｌを算出することができる。

（測距装置３による測距動作）
次に、前記デジタルカメラ１で被写体を撮影する際における、測距装置３による測距動作について説明する。なお、最初にフレア光が入射していない通常時の測距動作について説明し、次にフレア光が入射してフレアが発生したときの測距動作について説明する。

（フレア光が入射していない通常時の測距動作）
撮影者が電源スイッチ（不図示）をＯＮして撮影モードに設定すると、制御部１４から測距装置３に測距開始指令信号が出力される。

そして、測距動作が開始されると、例えば、図５に示すように、一対の各測距用レンズ５ａ，５ｂに入射する被写体光Ａ１，Ａ２が両側の測距用撮像素子２２ａ，２２ｃの各撮像領域２２ａ１，２２ｃ１にそれぞれ入射し、被写体像が結像される。

そして、測距用演算回路２５は、各撮像領域２２ａ１，２２ｃ１の被写体像が結像された各画素（受光素子）からそれぞれ出力される画素出力信号を取り込み、各撮像領域２２ａ１，２２ｃ１にそれぞれ結像された被写体像間のずれ（視差）を算出することで、被写体までの距離を精度よく算出することができる。算出された被写体までの距離情報は、制御部１４に出力される。

なお、この場合は、両側の測距用撮像素子２２ａ，２２ｃの各撮像領域２２ａ１，２２ｃ１にフレア光が入射していないので、中央の非結像撮像素子２２ｂの撮像領域２２ｂ１にもフレア光は入射していない。よって、フレア光量検出部２４によるフレア光の光量検出は行われない。そして、制御部１４は、入力された距離情報に基づいてフォーカスレンズ駆動部１６を駆動制御して、撮像レンズ２のフォーカスレンズ群を合焦位置に移動させて、被写体像をＣＣＤイメージセンサ１１の受光面に結像させる。

また、信号処理部１２は、ＣＣＤイメージセンサ１１の各画素から出力される画素出力信号を取り込み、画素出力の大きさに基づいて被写体の輝度を算出する。算出された被写体の輝度情報は制御部１４に出力される。そして、制御部１４は、入力された輝度情報に基づいて、被写体に対して適正な露光量となるように絞りユニット１０の開放状態（絞り値）と、ＣＣＤイメージセンサ１１の電子シャッタ回数等を設定する。絞りユニット１０の開放状態は、絞りユニット駆動部１８の駆動によって制御される。

そして、レリーズボタン６が押圧操作されると、合焦状態でかつ適正な露光条件（ＣＣＤイメージセンサ１１の電子シャッタ回数、絞りユニット１０の絞り値等）で被写体を撮影する。そして、信号処理部１２は、ＣＣＤイメージセンサ１１から出力される画素出力信号をデジタル処理して取り込み、表示や記録が可能な画像データに変換処理する。信号処理部１２で生成された画像データは、メモリカード１９に記録され、また、液晶モニタ（ＬＣＤ）１５に静止画像として表示される。

（フレア光が入射したときの測距動作）
測距動作が開始されると、例えば、図６（ａ）に示すように、一対の各測距用レンズ５ａ，５ｂに入射する被写体光Ａ１，Ａ２が両側の測距用撮像素子２２ａ，２２ｃの各撮像領域２２ａ１，２２ｃ１にそれぞれ入射し、被写体像が結像される。

この際、例えば、太陽などの非常に明るい光源が測距用レンズ５ａ側の斜め前方にあり、この非常に明るい光源からの光Ｂ１，Ｂ２が各測距用レンズ５ａ，５ｂに対して大きな入射角で入射した場合、測距用レンズ５ａを通過した光Ｂ１は、中央の撮像領域２２ｂ１にフレア光として入射する。一方、測距用レンズ５ｂを通過した光Ｂ２は、筐体２０の内壁面で反射し、この反射光がフレア光として撮像領域２２ｃ１に入射する。

図６（ｂ）に示すように、撮像領域２２ｂ１と撮像領域２２ｃ１にそれぞれ入射するフレア光Ｃ１，Ｃ２は、例えば、光の環のような形状をしている。測距用撮像素子２２ｃの撮像領域２２ｃ１にフレア光Ｃ２が入射した場合、例えば、図７に示すように、結像された被写体像Ａの一部に前記フレア光Ｃ２が重畳されるが、測距用撮像素子２２ａの撮像領域２２ａ１には、フレア光が入射していないので被写体像Ａだけが結像される。

測距用撮像素子２２ｃの撮像領域２２ｃ１に入射したフレア光Ｃ２は不必要な光であり、測距精度を低下させる要因となる有害な光である。このため、撮像領域２２ｃ１からの出力値は、結像した被写体像Ａに応じた画素出力にフレア光Ｃ２の光量に応じた出力が重畳された値となるので、フレア光Ｃ２の光量に応じた出力を除く必要がある。そこで、この状況では、中央の非結像撮像素子２２ｂの撮像領域２２ｂ１にもフレア光Ｃ１が入射しているので、撮像領域２２ｂ１からのフレア光Ｃ１の光量に応じたフレア光出力（電気信号）をフレア光量検出部２４で検出する。

そして、測距用演算回路２５は、各撮像領域２２ａ１，２２ｃ１からの出力を取り込む。この際、撮像領域２２ｃ１からの出力には、前記フレア光Ｃ２の光量に応じたフレア出力が含まれている。そこで、測距用演算回路２５は、撮像領域２２ｃ１からの出力から、フレア光量検出部２４で検出した前記フレア光量出力を差し引いて、撮像領域２２ｃ１に入射したフレア光Ｃ２の光量に対応した出力を取り除く。

これにより、測距用演算回路２５は、撮像領域２２ａ１と撮像領域２２ｃ１からそれぞれ結像した被写体像に応じた画素出力のみを取り込み、各撮像領域２２ａ１，２２ｃ１にそれぞれ結像された被写体像間のずれ（視差）を算出することで、被写体までの距離を精度よく算出することができる。以下、前記した通常時の測距動作と同様である。

また、図８（ａ），（ｂ）に示すように、図６の場合とは逆に太陽などの非常に明るい光源が測距用レンズ５ｂ側の斜め前方にあり、この非常に明るい光源からの光Ｂ１′，Ｂ２′が各測距用レンズ５ａ，５ｂに対して大きな入射角で入射した場合、測距用レンズ５ａを通過した光Ｂ１′は、筐体２０の内壁面で反射し、この反射光がフレア光Ｃ３として撮像領域２２ａ１に入射する。一方、測距用レンズ５ｂを通過した光Ｂ２′は、中央の撮像領域２２ｂ１にフレア光Ｃ４として入射する。この場合においても、測距用演算回路２５は、前記同様に撮像領域２２ａ１からの出力から、フレア光量検出部２４で検出した撮像領域２２ｂ１からのフレア光量出力を差し引いて、撮像領域２２ａ１に入射したフレア光Ｃ３の光量に対応した出力を取り除くことができる。

このように、本実施形態の測距装置３によれば、両側の測距用撮像素子２２ａ，２２ｃの各撮像領域２２ａ１，２２ｃ１の少なくとも一方にフレア光が入射しているフレア発生時においても、従来ように測距用レンズ５ａ，５ｂと撮像領域２２ａ，２２ｃの間に複数の傾斜面を形成した遮光壁を有する遮光ブロックを設けることなく、フレア光量検出部２４で検出した中央の測距用撮像素子２２ｂの撮像領域２２ｂ１からのフレア光量出力を用いてフレア光の影響を取り除くことができる。

よって、本実施形態の測距装置３は、測距装置３内に傾斜面を形成した遮光壁を有する遮光ブロックを設ける必要がないので、装置全体の小型化と低コスト化を図ることができる。

次に、前記測距装置３の各撮像素子（測距用撮像素子２２ａ，２２ｃと非結像撮像素子２２ｂ）の詳細について説明する。

撮像素子基板２１及び３つの各撮像素子（測距用撮像素子２２ａ，２２ｃと非結像撮像素子２２ｂ）は、図９に示すように、半導体ウェハ３０上に周知の半導体プロセスによって形成された複数の撮像素子（撮像領域は不図示）３１のうちから一列に並んだ３つの撮像素子（例えば、斜線で示した３つの撮像素子）を半導体ウェハ３０と一体に切り分けしたものである。

半導体ウェハ３０上の複数の撮像素子３１は、マスクを用いてパターニングが行われているので、切り分けした３つの各撮像素子（測距用撮像素子２２ａ，２２ｃと非結像撮像素子２２ｂ）は高精度に位置合わせされており、更に、３つの各撮像素子（測距用撮像素子２２ａ，２２ｃと非結像撮像素子２２ｂ）の画素マトリックスが平行である。また、半導体ウェハ３０の表面は精度のよい平面であるので、３つの各撮像素子（測距用撮像素子２２ａ，２２ｃと非結像撮像素子２２ｂ）の法線も必然的に平行となる。

これにより、３つの各撮像素子（測距用撮像素子２２ａ，２２ｃと非結像撮像素子２２ｂ）の位置ずれ及び角度ずれを補正するための作業を行うことなく、各撮像素子を所定位置に精度よく配置するとともに、各撮像素子の受光面に角度ずれ（傾き）がないように配置することができるので、被写体までの距離を安定して精度よく測距することができる。

また、本実施形態で用いられる測距装置３の各撮像素子（測距用撮像素子２２ａ，２２ｃと非結像撮像素子２２ｂ）のサイズは、デジタルカメラ１の被写体撮像用に使用されるＣＣＤイメージセンサ１１の撮像素子のサイズに比べて大幅に小さい。このため、前記測距装置３の各撮像素子（測距用撮像素子２２ａ，２２ｃと非結像撮像素子２２ｂ）として、例えば、携帯電話機に一般に搭載されているカメラモジュールの撮像素子を用いることができる。

また、携帯電話機のカメラモジュール用の撮像素子は、大量生産されているのでコスト面でも有利であり、特に安価なものはＶＧＡ（６４０×４８０画素）サイズの撮像素子である。よって、周知の半導体プロセスで半導体ウェハ上に形成された例えば、ＶＧＡサイズの複数の撮像素子のうちから一列に並んだ３つの撮像素子を半導体ウェハと一体に切り分けすることで、図３（ｂ）に示したような、３つの各撮像素子（測距用撮像素子２２ａ，２２ｃと非結像撮像素子２２ｂ）が表面に一体に形成された撮像素子基板２１を、容易にかつ低コストで得ることができる。

〈実施形態２〉
本実施形態では、フレア光を発生させる要因となる非常に明るい光源が、前記測距装置３の測距用レンズ５ａ側及び測距用レンズ５ｂ側の斜め前方にそれぞれある場合である。

図１０（ａ），（ｂ）に示すように、測距用レンズ５ａ側の斜め前方にある一方の光源（不図示）からの光Ｂ１，Ｂ２が各測距用レンズ５ａ，５ｂに対して大きな入射角で入射した場合、測距用レンズ５ａを通過した光Ｂ１は、中央の撮像領域２２ｂ１にフレア光Ｃ１として入射する。一方、測距用レンズ５ｂを通過した光Ｂ２は、筐体２０の内壁面で反射し、この反射光がフレア光Ｃ２として撮像領域２２ｃ１に入射する。

更に、図１０（ａ），（ｂ）に示すように、測距用レンズ５ｂ側の斜め前方にある他方の光源（不図示）からの光Ｂ１′，Ｂ２′が各測距用レンズ５ａ，５ｂに対して大きな入射角で入射した場合、測距用レンズ５ａを通過した光Ｂ１′は、筐体２０の内壁面で反射し、この反射光がフレア光Ｃ３として撮像領域２２ａ１に入射する。一方、測距用レンズ５ｂを通過した光Ｂ２′は、中央の撮像領域２２ｂ１にフレア光Ｃ４として入射する。

このように、本実施形態の場合では、撮像領域２２ｃ１にフレア光Ｃ２が入射し、撮像領域２２ａ１にフレア光Ｃ３が入射した場合、例えば、図１１に示すように、結像された被写体像Ａの一部にフレア光Ｃ２，Ｃ３がそれぞれ重畳される。また、中央の撮像領域２２ｂ１の両側付近には、左右方向からフレア光Ｃ１，Ｃ４がそれぞれ入射する（図１０（ｂ）参照）。

以下、撮像領域２２ｃ１にフレア光Ｃ２が入射し、撮像領域２２ａ１にフレア光Ｃ３が入射して、フレアが発生したときの測距動作について説明する。

中央の撮像領域２２ｂ１の両側付近にそれぞれ入射したフレア光Ｃ１，Ｃ４（図１０（ｂ）参照）において、一方のフレア光Ｃ１は撮像領域２２ｃ１に入射したフレア光Ｃ２に対応しており、他方のフレア光Ｃ４は撮像領域２２ａ１に入射したフレア光Ｃ３に対応している。

そこで、本実施形態では、撮像領域２２ｃ１に入射したフレア光Ｃ２による影響を取り除く場合、フレア光量検出部２４は、撮像領域２２ｂ１の中央部よりもフレア光Ｃ１が入射した側の領域からの出力を取り込むように設定される。また、撮像領域２２ｃ１に入射したフレア光Ｃ４による影響を取り除く場合、フレア光量検出部２４は、撮像領域２２ｂ１の中央部よりもフレア光Ｃ４が入射した側の領域からの出力を取り込むように設定される。

そして、最初に撮像領域２２ｃ１に入射したフレア光Ｃ２による影響を取り除くために、撮像領域２２ｂ１の中央部よりもフレア光Ｃ１が入射した側の領域からのフレア光Ｃ１の光量に応じたフレア光量出力（電気信号）をフレア光量検出部２４で検出する。そして、次に撮像領域２２ａ１に入射したフレア光Ｃ３による影響を取り除くために、撮像領域２２ｂ１の中央部よりもフレア光Ｃ４が入射した側の領域からのフレア光Ｃ４の光量に応じたフレア光量出力（電気信号）をフレア光量検出部２４で検出する。

そして、測距用演算回路２５は、各撮像領域２２ａ１，２２ｃ１からの出力を取り込む。この際、撮像領域２２ｃ１からの出力には、フレア光Ｃ２の光量に応じたフレア出力が含まれている。また、撮像領域２２ａ１からの出力には、フレア光Ｃ３の光量に応じたフレア出力が含まれている。

そこで、測距用演算回路２５は、取り込んだ撮像領域２２ｃ１からの出力から、フレア光量検出部２４で検出したフレア光Ｃ１のフレア光量出力を差し引いて、撮像領域２２ｃ１に入射したフレア光Ｃ２の光量に対応した出力を取り除く。更に、測距用演算回路２５は、取り込んだ撮像領域２２ａ１からの出力から、フレア光量検出部２４で検出したフレア光Ｃ４のフレア光量出力を差し引いて、撮像領域２２ａ１に入射したフレア光Ｃ３の光量に対応した出力を取り除く。

これにより、測距用演算回路２５は、撮像領域２２ａ１と撮像領域２２ｃ１からそれぞれ結像した被写体像に応じた画素出力のみを取り込み、各撮像領域２２ａ１，２２ｃ１にそれぞれ結像された被写体像間のずれ（視差）を算出することで、被写体までの距離を精度よく算出することができる。

〈実施形態３〉
図１２は、本発明の実施形態３に係る測距装置を備えたデジタルカメラのシステム構成の概要を示すブロック図である。

図１２に示すように、本実施形態のデジタルカメラ１ａは、制御部１４内に、ＣＣＤイメージセンサ１１から信号処理部１２を介して取り込まれる撮像信号に基づいてオートフォーカス制御を行うオートフォーカス制御部（以下、「ＡＦ制御部」という）１４ａを備えている。デジタルカメラ１ａの構成は、図２に示した実施形態１と同様であり、重複する説明は省略する。

ＡＦ制御部１４ａは、ＣＣＤイメージセンサ１１から出力される撮像信号を信号処理部１２を介して取り込み、取り込まれた撮像信号からＡＦ（自動合焦）評価値を算出する。

このＡＦ評価値は、例えば高周波成分抽出フィルタの出力積分値や、近接画素の輝度差の積分値によって算出される。合焦状態にあるときは、被写体のエッジ部分がはっきりとしているため、高周波成分が一番高くなる。これを利用して、ＡＦ動作時（合焦検出動作時）には、撮影レンズ５の各フォーカス位置におけるＡＦ評価値を取得して、その極大になる点を合焦検出位置としてＡＦ動作が実行される。

即ち、レリーズボタン６（図１参照）が押圧操作されると、ＡＦ制御部１４ａからフォーカスレンズ駆動部１６への駆動指令により撮影レンズ２のフォーカスレンズ群が光軸方向へ移動し、例えば、いわゆる山登りＡＦと称されるコントラスト評価方式のＡＦ動作が実行される。ＡＦ（合焦）対象範囲が無限から至近までの全領域であった場合、撮影レンズ２のフォーカスレンズ群は、至近から無限、又は無限から至近までの間の各フォーカス位置に移動し、各フォーカス位置における前記ＡＦ評価値が極大になる点を合焦位置としてフォーカスレンズ群を合焦位置に移動させ、合焦させる。

このように、本実施形態のデジタルカメラ１ａは、外側式の前記測距装置３の他に、ＣＣＤイメージセンサ１１から取り込まれる撮像信号から自動合焦制御を行うＡＦ制御部１４ａを備えているので、前記した測距装置３で得られた測距情報に基づいた合焦動作と、ＡＦ制御部１４ａによる前記した合焦動作を同時に実行することにより、被写体に対して素早くかつ精度よくピント合わせすることができる。

即ち、前記したＡＦ制御部１４ａによる合焦動作では、例えば、レンズ繰り出し量が大きい（ズーム倍率が高い）望遠側での撮影時等の場合には撮影レンズ２のフォーカスレンズ群の移動量も増加し、合焦するまでに時間を要することがある。

これに対して、本実施形態では、最初に測距装置３で得られた距離情報に基づいて撮影レンズ２のフォーカスレンズ群を合焦位置付近まで素早く移動させた後に、ＡＦ制御部１４ａによる前記合焦動作により撮影レンズ２のフォーカスレンズ群を合焦位置に移動させることで、ＡＦ制御部１４ａによる合焦動作時におけるフォーカスレンズ群の移動範囲を小さくできる。これにより、被写体に対して素早くかつ精度よくピント合わせすることができるので、シャッターチャンスを逃すことなく撮影を行うことができる。

なお、操作部１３による切替え操作によって、測距装置３で得られた距離情報に基づいた合焦動作とＡＦ制御部１４ａによる合焦動作のいずれか一方を選択して、選択した一方（例えば、測距装置３側）で合焦動作を行うようにすることもできる。

前記各実施形態では、本発明に係る測距装置をデジタルカメラに適用した例であったが、これ以外にも、例えば、デジタルビデオカメラ、車載搭載用カメラ、携帯機器搭載用カメラ、監視用カメラなどに、測距を行う測距装置として搭載することが可能である。

１デジタルタカメラ（撮像装置）
２撮影レンズ
３測距装置
４レンズアレイ
５ａ，５ｂ測距用レンズ
１１ＣＣＤイメージセンサ
１２信号処理部
１４制御部
１４ａＡＦ制御部
２２ａ，２２ｃ測距用撮像素子
２２ｂ非結像撮像素子
２２ａ１，２２ｂ１，２２ｃ１撮像領域
２４フレア光量検出部（光量検出手段）
２５測距用演算部（距離算出手段）

特開２００２−９０６１６号公報特開２００３−１４３４５９号公報特許第４１３８８６７号公報

Claims

所定の間隔を設けて配置された複数の測距用撮像素子と、前記複数の測距用撮像素子のうちの一対の測距用撮像素子上に測距対象物像を結像させる測距用レンズと、前記測距対象物像が結像された前記各測距用撮像素子からの出力に基づいて測距対象物までの距離を算出する距離算出手段とを備え、
前記複数の測距用撮像素子は、受光素子が平面状に配置された２次元撮像素子が、同一の半導体ウェハ上に少なくとも３つ並んだものであり、
前記複数の測距用撮像素子の両端に位置する、前記一対の測距用撮像素子上に、該一対の測距用撮像素子と対向配置された前記測距用レンズを通して測距対象物像を結像させる測距装置であって、
前記一対の測距用撮像素子に挟まれて位置する、測距対象物像が結像しない非結像撮像素子上に、前記測距対象物像と関連のない不必要な光が前記測距用レンズを通して入射したときの光量を検出する光量検出手段を有し、
前記非結像撮像素子上に前記不必要な光が入射した場合に、前記光量検出手段は前記非結像撮像素子の各受光素子に入射した光の光量を検出し、
前記距離算出手段は、前記一対の測距用撮像素子からの出力に基づいて測距対象物までの距離を算出する前に、前記一対の測距用撮像素子のいずれか一方の各受光素子の画素出力から、該測距用撮像素子の各受光素子と対応する、前記非結像撮像素子の各受光素子の画素出力を差し引いて、前記各測距用撮像素子からの出力を補正することを特徴とする測距装置。
所定の間隔を設けて配置された複数の測距用撮像素子と、前記複数の測距用撮像素子のうちの一対の測距用撮像素子上に測距対象物像を結像させる測距用レンズと、前記測距対象物像が結像された前記各測距用撮像素子からの出力に基づいて測距対象物までの距離を算出する距離算出手段とを備え、
前記複数の測距用撮像素子は、受光素子が平面状に配置された２次元撮像素子が、同一の半導体ウェハ上に少なくとも３つ並んだものであり、
前記複数の測距用撮像素子の両端に位置する、前記一対の測距用撮像素子上に、該一対の測距用撮像素子と対向配置された前記測距用レンズを通して測距対象物像を結像させる測距装置であって、
前記一対の測距用撮像素子に挟まれて位置する、測距対象物像が結像しない非結像撮像素子上に、前記測距対象物像と関連のない不必要な光が前記測距用レンズを通して入射したときの光量を検出する光量検出手段を有し、
前記非結像撮像素子の第１の領域は前記一対の測距用撮像素子の一方に、前記非結像撮像素子の第２の領域は前記一対の測距用撮像素子の他方にそれぞれ対応し、
前記非結像撮像素子の前記第１、第２の領域に少なくとも第１、第２の不必要な光がそれぞれ入射した場合に、前記光量検出手段は前記非結像撮像素子の各受光素子に入射した光量を検出し、
前記距離算出手段は、前記一対の測距用撮像素子からの出力に基づいて測距対象物までの距離を算出する前に、前記各測距用撮像素子の各受光素子の画素出力から、前記非結像撮像素子のうち前記第１の領域又は前記第２の領域の各受光素子の画素出力を差し引いて、前記各測距用撮像素子からの出力を補正することを特徴とする測距装置。
撮影レンズを通して被写体像が結像される撮影用撮像素子と、該撮影用撮像素子から出力される信号に基づいて画像データを生成する撮像装置において、
前記撮像装置は、被写体までの距離を測定するための外側式の測距装置を搭載しており、前記測距装置が、請求項１又は２に記載の測距装置であることを特徴とする撮像装置。